创建大型分析仪器虚拟仿真实验室的思考与建议—以亳州职业技术学院药学院为例

权春梅，周光姣，丁瑞苹，曹 帅

(1.亳州职业技术学院，安徽 亳州 236800；2.亳州学院，安徽 亳州 236800)

亳州职业技术学院药学院目前有中药、药学、药品质量安全、药品生产技术等药学类专业，在这些药学类专业的教学过程中，《仪器分析》和《药品质量检测技术》这两门课程是学生必须学习的专业核心课程，对培养学生的药品质量检测技能将起到关键的作用。

《仪器分析》是药学类专业一门重要的专业基础课，通过该课程的学习主要让学生掌握在药品质量分析检验中常用的一些仪器的结构、原理、使用及分析方法和技术，该课程在培养学生动手能力、实验技术及科学素养方面起着非常重要的作用；而《药品质量检测技术》主要学习与药物及其制剂质量标准相关的基本内容、质量标准的特点及质量控制方法以及最新分析测试技术。通过这两门专业核心课程的学习，使学生掌握药品质量检测的基本知识和操作技能。在这两门课的教学尤其是实验教学中，笔者总结了如下的问题：

1 教学中存在的问题

《仪器分析》课程是一门综合学科，内容涉及物理、化学及计算机技术等，内容较为复杂、抽象、枯燥，然而我校学生的物理、化学基础知识较为薄弱，学生在学习过程中普遍感觉较难理解和掌握，因此学生的学习效果不是特别理想。目前，该课程的教学采用的是理论教学和实验教学相结合的方式进行。实验教学是《仪器分析》课程教学活动中重要的一环，而《仪器分析》课程又是《药品质量检测技术》的基础，这两门课在实验过程中存在的问题突出表现在：

1.1 实验教学中仪器台数与学生人数之间的矛盾

近年来，学生人数的增多使得实验场地拥挤，人均仪器台套数下降，以亳州职业技术学院药学院为例，根据笔者每学期带仪器分析实验的情况来分析，紫外-可见分光光度计大约是平均每4人一台，高效液相色谱仪大约是每6人一台，而原子吸收分光光度计及气相色谱仪大约每10人一台，因此，仪器台数与学生人数之间的矛盾非常突出，可能很难达到预期的实验教学效果。另外，大多数仪器价格比较昂贵，实验耗材的消耗量也比较大，虽然学校领导非常支持学生实验的开展和实验经费的投入，但是要真正满足实验设备的不断更新和实验内容的全部开设仍然还有一定的难度，因此，造成一些实验内容只能教师讲授大部分学生观摩的现象出现，不利于提高学生的实验积极性。

1.2 仪器的封闭与实验中的安全问题

在现实实验中用到的仪器基本都是封闭的，仪器的很多部件无法拆开给学生看，因此，学生无法真正理解和掌握仪器的原理、构造及过程，这仍然不利于学生加深对抽象的理论知识的理解和学习。除此之外，实验中的安全问题也是造成很多实验无法开展的原因。

1.3 实验耗时太长

这两门课程中的大多实验都需要对药品进行预处理，并且有的仪器由于实验操作要求较高、操作步骤繁琐(比如高效液相色谱仪)，所以对于大多数实验，两个课时的时长学生根本无法完成，这不仅不利于教学效果的实现，有时也会给班级其他课程的安排带来不便。

2 开展虚拟仿真教学的必要性和重要性

所谓虚拟仿真教学就是利用计算机技术、网络技术、仿真技术和信息技术，在计算机上建立起一套反应性与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统进行教学[1-2]。学生直接在计算机上通过仿真软件了解相关仪器的结构、原理，还可以进行具体的实验模拟操作，从而掌握了不同仪器的使用方法以及药物分析检测的过程。

2.1 有利于调动学生的积极性和激发学生的学习兴趣

分析仪器虚拟仿真教学结合现实实验室，可以在很大程度解决实验仪器设备台套数少的问题，并且学生不必担心损坏仪器和存在安全隐患[3]，从而可以大胆进行实验练习，这样有利于充分调动学生的实验积极性。另外，虚拟仿真软件通常还带有形象且带有动画及音响效果，因此，采用虚拟的实验教学也有利于激发学生的学习兴趣。

2.2 有利于加深对仪器内部结构、原理的认识

在虚拟仿真软件的开发与选择上，应在每个教学模块都实验仪器的内部结构、原理及使用流程的介绍和练习，因此，学生通过学习和练习可以加深对仪器的结构、原理的认识，有助于加深对理论知识的认识，对抽象的理论知识的学习进行了一次加深和弥补；同时，可以缓解实验教学与理论教学的不同步性，对传统实验教学进行有效的补充，可强化实验操作技能，使相关课程的教学质量和教学水平得到稳步提高。

2.3 有利于创建绿色、环保、节能的教学环境

虚拟仿真教学只需要建成一个虚拟仿真实验室，安装电脑及相关软件即可进行教学，这就节省了购买价格昂贵的实验设备和实验耗材这部分经费，而且可以满足学生的反复教学和练习，同时绿色化的虚拟实验室可以开设一些因污染或者安全问题而不易实施的实验，是创建绿色、环保、节能实验室的一种有效方式，也是实际实验教学的有力补充。

2.4 满足学生竞赛需求，通过以赛促学，提高教学质量

目前，高职分析检验类的比赛每年都举行，仪器分析仿真软件的操作是比赛的其中一部分内容，因此，仿真实验的开展，有利于学生参加各种仪器分析或者分析检验的各种比赛，提高学生的竞争力，达到以赛促学的目的。

因此，融入分析仪器虚拟仿的实验教学，对提高这两门课程的教学质量势必产生重要影响。

3 创建大型分析仪器虚拟仿真实验室的建议

3.1 既重仪器，又重使用

在开发仿真虚拟软件时，既要有介绍仪器内部结构、原理及流程的内容，也要有体现仪器操作使用、分析案例的内容，这样既可以加深学生对课堂理论知识的理解，又可以增强学生对于实际案例的分析及仪器操作技能的掌握。

3.2 既有中药，又有化药

鉴于药学院目前的专业设置中既有中药学专业也有药学专业，因此，为了提高该虚拟仿真实验室的利用率，更大的发挥其作用，更广泛的为学生服务，在虚拟仿真软件内容的设置上，特别是在分析案例的选取上应既有中药方面的内容，也要有化药(西药)方面的内容。

3.3 借鉴先进技术，促进信息化建设

在创建大型分析仪器虚拟仿真实验室时，应考虑设计在移动客户端进行操作的虚拟实验软件，如平板电脑、手机等[4]，这样学生就可以实现交互式的移动实验。 目前，有些大学将实验设计成娱乐游戏，学生通过游戏来完成一系列的实验内容，学生在进行游戏的同时能够仪器的原理与操作方法。 另外，高校在创建该实验室时，应充分了解学生的需求与想法，适当的让学生参与其中，从而激发学生的学习积极性，也使该仿真实验室能更好的为学生服务[5]。

3.4 建立管理制度和奖励机制

虚拟仿真实验室的管理与普通实验室的管理在方法、内容和手段等方面会存在差异，因此，为了保证该实验室建成后能正常、高效的为学生服务，就必须建立起相应的规章制度及管理措施，同时，教师在实验室的创建、软件的开发与学习、实验室的管理等方面都投入了一定的时间和精力，因此，学校要建立与之相匹配的奖励机制，激发教师的工作热情。

综上所述，在有药学类专业的高校中创建大型分析仪器虚拟仿真实验室是非常有必要的，该实验室在教学及培养学生分析检验技能方面有着重要作用，在高校中有广阔的发展前景。